MEMS投影仪慢轴反射镜与输入视频帧速率的同步制造技术

实施例公开了MEMS投影仪慢轴反射镜与输入视频帧速率的同步。一种系统，包括反射镜控制器，该反射镜控制器用快轴驱动信号和慢轴驱动信号驱动投影仪的快轴反射镜和慢轴反射镜，以将准直光束以扫描图案反射到目标上。扫描图案包括迹线和回扫线，迹线使得在目标上显示输入视频流，回扫线操作以使慢轴反射镜返回到适当位置以开始扫描图案的下一帧。生成慢轴驱动信号以使扫描图案的每一帧中的迹线的数目在各帧之间保持恒定，但是修改慢轴驱动信号以通过逐帧地以非整数的数目改变扫描图案的每一帧中的回扫线的数目来将显示视频的相位和频率锁定到输入视频流的相位和频率。

【技术实现步骤摘要】
MEMS投影仪慢轴反射镜与输入视频帧速率的同步
本申请涉及激光或准直光投影系统的领域，并且特别地，涉及用于调节双轴投影系统的慢轴的移动的技术和硬件，以便在目标上投影的视频图像将在频率和相位上跟随输入视频流的帧速率。
技术介绍
某些激光扫描投影设备，例如晶片缺陷扫描仪、激光打印机、文档扫描仪、投影仪、增强/混合/虚拟显示器等，通常采用以直线路径扫描表面的准直激光束(其可以是组合激光束，例如由多个激光束形成的RGB+红外激光束)。这些设备采用一个或多个倾斜反射镜(例如，单个单轴反射镜、两个单轴反射镜或双轴反射镜)来偏转准直激光束以执行扫描。这些倾斜反射镜可以是或可以包括微机电系统(“MEMS”)设备。MEMS设备中使用的反射镜(本文中称为MEMS反射镜)的致动可以通过电磁、静电、压电和热电效应进行，具体取决于应用。一种类型的公共MEMS反射镜包括定子和转子，其中转子或由转子承载的结构是反射的。用驱动信号驱动定子和/或转子，该驱动信号导致转子相对于定子振荡，从而改变入射光束在转子上的反射率角。通过在两个方位之间振荡转子，限定了反射镜的打开角，并且实现了光束在第一维度(例如，水平轴)上穿过表面的扫描。通过利用不振荡而是线性移动并且接收由第一反射镜的转子反射的激光的第二反射镜，实现了光束在第二维度(例如，垂直轴)上穿过表面的扫描。通过将入射光束以足够的速率反射离开在第一维度上扫描的第一MEMS反射镜，反射到在第二维度上扫描的第二MEMS反射镜，并且从第二MEMS反射镜反射到目标上(或者通过将入射光束以足够的速率反射离开在第一维度和第二维度上都扫描的双轴MEMS反射镜反射到目标上)，二维图像帧被人眼感知。通过以足够的速率连续显示多个这样的图像帧，视频被人眼感知。水平轴通常被称为“快轴”，因为负责沿着水平轴扫描入射光束的MEMS反射镜的移动以大于负责沿着垂直轴(通常被称为“慢轴”)扫描入射光束的MEMS反射镜的移动速率的速率移动。水平轴反射镜通常以谐振方式操作，而垂直轴反射镜通常以线性模式操作(尽管在某些设计中谐振是可能的)。应当理解，方位可以旋转，使得水平轴是慢轴，而垂直轴是快轴。生成由MEMS反射镜反射的光束的光源以MEMS反射镜各自的扫描图案与MEMS反射镜的位置同步，并相应地被调制以显示该位置的适当颜色和强度。执行光源的这种同步和调制的硬件可以称为投影引擎。已知，为了提供简单的投影引擎实现，每帧的投影线的数目(水平线的数目)保持恒定。然而，这意味着形成每一帧的时间(帧的投影频率)取决于快轴频率，快轴频率可随环境条件变化(因为MEMS反射镜的谐振频率可随环境条件变化)。因此，这在源视频数据与帧的投影的频率的同步方面提出了挑战，因为帧的投影的频率不保持恒定，而源视频数据的帧速率保持恒定。图1中示出了解决这些问题的现有技术激光扫描投影仪10的示例。这里，视频输入接口11接收输入视频信号(例如，MPEG或其它形式的视频流)。可以看出，帧缓冲器14用于存储输入视频信号的多个顺序帧。帧缓冲控制器12与视频输入接口和投影引擎13协作，以保持帧缓冲器14中帧的充分前加载(front-loading)，使得所显示视频图像的帧速率与输入视频信号本身的帧速率解耦。这得以实现是因为帧缓冲器14用作FIFO缓冲器，并且投影引擎13基于帧缓冲器14的输出，而不是基于接收到的视频信号的帧，通过反射镜17的运动，针对来自光源15的光在目标上的扫描图案，适当地调制光源15。该系统的一个缺点是帧缓冲器14昂贵，消耗功率，并且将延迟引入系统(例如，直到帧缓冲器14开始溢出，视频信号才开始显示)。另一个缺点是使用帧缓冲器在输入视频信号和目标上显示的视频之间产生连续的相位漂移。通过查看图2，可以最好地理解这种相位漂移，图2示出了输入视频帧(每一帧标记为Tf视频)与所显示的输出视频(每一帧标记为Tf镜)之间的相位不匹配。图3A至图3B所示为发生该相位不匹配的机制。每个图中示出的是一帧。在每一帧中，快轴反射镜的周期显示为Tr，从而图3A的帧的快轴的周期为Tr1，且图3B的帧的快轴的周期为Tr2。在每一帧中，慢轴反射镜的周期显示为Tf，从而图3A的帧的慢轴的周期为Tf1，且图3B的帧的慢轴的周期为Tf2。注意，慢轴周期Tf1和Tf2分别由N条迹线(形成视频内容的线)和M条回扫线(retraceline)或回描线(flybackline)(不显示视频内容，但用于定义垂直消隐周期的线)组成，并且N和M对于两个帧，实际上对于所有帧都相等。由于变化的环境条件，Tr2大于Tr1。由于Tf2和Tf1分别基于Tr2和Tr1，因此快轴帧速率Tr2和Tr1的这种差异产生慢轴帧速率Tf2和Tf1的差异。帧速率的这种变化会导致输入视频帧与所显示的输出视频之间的相位不匹配，如图2所示。当用于显示单个视频图像时，这种相位不匹配不是很值得关注的问题。然而，当在双目系统(诸如虚拟现实或增强现实头戴式耳机)中使用两个这样的投影系统时，该相位不匹配成为一个关注的问题，因为这意味着由双目系统显示的两个视频图像将彼此在相位上漂移。这导致帧缓冲控制器12不时地丢弃或重复帧，这对于用户是容易注意到的。相位漂移还可能对双目系统的用户的眼睛造成劳损。此外，增强现实、虚拟现实和混合现实应用在投影系统中需要短的延迟(约2至3毫秒)，因为在用户不断移动他或她的头部的同时虚拟对象被添加到场景中。当前的投影系统具有比所期望的短延迟更大的延迟。因此，即使使用单目系统而不是双目系统来避免相移问题，当前的投影系统仍然是不够的。因此，需要在这方面进一步发展。
技术实现思路
在一个方面中，本文公开的系统包括：反射镜控制器，被配置为利用相应的快轴驱动信号和慢轴驱动信号驱动投影仪的快轴反射镜和慢轴反射镜，以将入射的准直光束以扫描图案反射到目标上，其中，扫描图案包括迹线，该迹线总体上使得在目标上显示输入视频流，其中，扫描图案还包括回扫线，该回扫线操作以将慢轴反射镜返回到适当位置以开始扫描图案的下一帧；其中，反射镜控制器生成慢轴驱动信号，以使扫描图案的每一帧中的迹线的数目在各帧之间保持恒定；并且其中，反射镜控制器还被配置为修改慢轴驱动信号，以便通过在逐帧的基础上以非整数的数目改变扫描图案的每一帧中的回扫线的数目，来将所显示视频的相位和频率锁定到输入视频流的相位和频率。在另一方面，本文公开的系统包括：第一相位检测器，被配置为接收输入视频流并输出输入视频流的相位；快轴驱动生成器，被配置为生成用于快轴反射镜的快轴驱动信号；慢轴驱动生成器，被配置为生成用于慢轴反射镜的慢轴驱动信号；第二相位检测器，被配置为接收慢轴驱动信号并输出慢轴驱动信号的相位；相位比较器，被配置为接收输入视频流的相位和慢轴驱动信号的相位，并将输入视频流的相位和慢轴驱动信号的相位之间的差输出；第一控制电路，被配置为基于输入视频流的相位与慢轴驱动信号的相位之间的差来生成第一控制信号；第一频率检测器，被配置为接收输入视频流并输出输入视频流的频率，输入视频流的频率指示输入视频流的帧速率；第二频率检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n反射镜控制器，被配置为利用相应的快轴驱动信号和慢轴驱动信号驱动投影仪的快轴反射镜和慢轴反射镜，以将入射的准直光束以扫描图案反射到目标上，其中所述扫描图案包括迹线，所述迹线总体上使得在所述目标上显示输入视频流，其中所述扫描图案还包括回扫线，所述回扫线操作以将所述慢轴反射镜返回到适当位置，以开始所述扫描图案的下一帧；/n其中所述反射镜控制器生成所述慢轴驱动信号，以使所述扫描图案的每一帧中的迹线的数目在各帧之间保持恒定；并且/n其中所述反射镜控制器还被配置为：修改所述慢轴驱动信号，以便通过逐帧地以非整数的数目改变所述扫描图案的每一帧中的回扫线的数目，来将所显示视频的相位和频率锁定到所述输入视频流的相位和频率。/n

【技术特征摘要】
20200213 US 16/789,7251.一种系统，包括：
反射镜控制器，被配置为利用相应的快轴驱动信号和慢轴驱动信号驱动投影仪的快轴反射镜和慢轴反射镜，以将入射的准直光束以扫描图案反射到目标上，其中所述扫描图案包括迹线，所述迹线总体上使得在所述目标上显示输入视频流，其中所述扫描图案还包括回扫线，所述回扫线操作以将所述慢轴反射镜返回到适当位置，以开始所述扫描图案的下一帧；
其中所述反射镜控制器生成所述慢轴驱动信号，以使所述扫描图案的每一帧中的迹线的数目在各帧之间保持恒定；并且
其中所述反射镜控制器还被配置为：修改所述慢轴驱动信号，以便通过逐帧地以非整数的数目改变所述扫描图案的每一帧中的回扫线的数目，来将所显示视频的相位和频率锁定到所述输入视频流的相位和频率。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述反射镜控制器还被配置为：
检测所述输入视频流的相位和频率；
检测所述慢轴驱动信号的相位和频率；
将所述输入视频流的相位和频率与所述慢轴驱动信号的相位和频率进行比较；以及
基于所述输入视频流的相位和频率与所述慢轴驱动信号的相位和频率的比较，确定所述非整数的数目，给定帧的回扫线的数目是以所述非整数的数目被修改的。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述反射镜控制器通过检测所述输入视频流的帧同步信号的相位和频率，来检测所述输入视频流的相位和频率。


4.根据权利要求1所述的系统，还包括：光源，被配置为生成所述准直光束；以及投影引擎，被配置为基于所述输入视频流控制所述光源以调制所述准直光束，以实现与所述扫描图案期间所述目标上的所述准直光束的位置和所述输入视频流的部分的对应。


5.根据权利要求1所述的系统，其中所述快轴反射镜是由所述反射镜控制器以共振方式驱动的第一MEMS反射镜；并且其中所述慢轴反射镜是由所述反射镜控制器以线性模式驱动的第二MEMS。


6.一种系统，包括：
第一相位检测器，被配置为接收输入视频流，并且输出所述输入视频流的相位；
快轴驱动生成器，被配置为生成用于快轴反射镜的快轴驱动信号；
慢轴驱动生成器，被配置为生成用于慢轴反射镜的慢轴驱动信号；
第二相位检测器，被配置为接收所述慢轴驱动信号，并且输出所述慢轴驱动信号的相位；
相位比较器，被配置为接收所述输入视频流的相位和所述慢轴驱动信号的相位，并且输出所述输入视频流的相位和所述慢轴驱动信号的相位之间的差；
第一控制电路，被配置为基于所述输入视频流的相位与所述慢轴驱动信号的相位之间的差，来生成第一控制信号；
第一频率检测器，被配置为接收所述输入视频流，并且输出所述输入视频流的频率，所述输入视频流的频率指示所述输入视频流的帧速率；
第二频率检测器，被配置为接收所述慢轴驱动信号，并且输出所述慢轴驱动信号的频率，所述慢轴驱动信号的频率指示所显示视频的帧速率；
频率比较器，被配置为将所述输入视频流的频率与所述慢轴驱动信号的频率进行比较，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·亚瑟，D·莎伦，
申请(专利权)人：意法半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL